RU2276334C1 - Radiowave level meter - Google Patents
Radiowave level meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2276334C1 RU2276334C1 RU2005103147/28A RU2005103147A RU2276334C1 RU 2276334 C1 RU2276334 C1 RU 2276334C1 RU 2005103147/28 A RU2005103147/28 A RU 2005103147/28A RU 2005103147 A RU2005103147 A RU 2005103147A RU 2276334 C1 RU2276334 C1 RU 2276334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- coaxial
- wave guide
- reflected signal
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике контроля и измерения уровня жидких и сыпучих веществ.The invention relates to techniques for monitoring and measuring the level of liquid and bulk solids.
Известны радиоволновые измерители уровня - импульсные [1, с.94], зондирующий сигнал которого представляет собой короткий радиоимпульс, по времени прохождения которого до поверхности среды и обратно производится оценка расстояния.Known radio wave level meters - pulsed [1, p. 94], the probing signal of which is a short radio pulse, the distance is estimated by the time it takes to reach the surface of the medium and back.
Для измерения расстояний, не превышающих нескольких десятков метров (диапазон, характерный для измерения уровня на технологических объектах) необходимы зондирующие импульсы длительностью не более десятых долей наносекунды. При этом резко возрастают требования, предъявляемые к низкочастотным узлам прибора, и применение указанных измерителей не приводит к удовлетворительным результатам по точности.To measure distances not exceeding several tens of meters (the range characteristic of level measurement at technological objects) probing pulses with a duration of not more than tenths of a nanosecond are necessary. At the same time, the requirements for low-frequency components of the device sharply increase, and the use of these meters does not lead to satisfactory accuracy results.
Известен выбранный в качестве прототипа радиоволновый измеритель уровня с использованием линейной частотной модуляции СВЧ сигнала [1, с.95], содержащий СВЧ генератор с линейной частотной модуляцией, приемник отраженного сигнала, антенно-фидерный тракт, а также антенны излучения и приема отраженного сигнала, в котором частота отраженного сигнала отличается от частоты сигнала генератора из-за задержки во времени и измерение расстояния сводится к измерению частоты биений двух сигналов, при этом точность измерений повышается при увеличении девиации частоты.Known as a prototype of a radio wave level meter using linear frequency modulation of a microwave signal [1, p. 95], containing a microwave generator with linear frequency modulation, a reflected signal receiver, antenna-feeder path, as well as radiation antenna and receiving the reflected signal, where the frequency of the reflected signal differs from the frequency of the signal of the generator due to a time delay and the distance measurement is reduced to measuring the beat frequency of two signals, while the measurement accuracy increases with increasing frequency deviation.
При использовании одной антенны для излучения и приема электромагнитных волн падающая и отраженная волны передаются по одному и тому же волноводу. Для их разделения нередко используется поляризационный принцип, который реализуется в волноводе круглого сечения и в котором обе волны линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях [2]. При этом один из зондов (рис.IX.74), соединенный с генератором СВЧ, возбуждает в круглом волноводе волну Н11 вертикальной поляризации. Преобразователь преобразует линейную поляризацию в волну круговой поляризации, излучаемую антенной. Отраженная от цели волна, пройдя в обратном направлении антенну и поляризатор, будет снова линейно поляризована, но в горизонтальной плоскости и через другой зонд поступает в приемник отраженного сигнала. Таким образом, зонды развязаны, то есть мощный сигнал от генератора не поступает непосредственно в приемник отраженного сигнала, а только после отражения от цели. Вышесказанное справедливо пока в волноводе распространяется только волна основного типа Н11. Когда же в волноводе возникают условия для распространения одного или нескольких высших типов волн, картина распределения полей в волноводе резко изменяется, устройство становиться неработоспособным.When using one antenna for emission and reception of electromagnetic waves, the incident and reflected waves are transmitted along the same waveguide. To separate them, the polarization principle is often used, which is implemented in a circular waveguide and in which both waves are linearly polarized in mutually perpendicular planes [2]. In this case, one of the probes (Fig. IX.74) connected to a microwave generator excites a vertical polarized wave H 11 in a circular waveguide. The converter converts the linear polarization into a circularly polarized wave emitted by the antenna. The wave reflected from the target, passing in the opposite direction of the antenna and the polarizer, will again be linearly polarized, but in the horizontal plane and through another probe it enters the receiver of the reflected signal. Thus, the probes are isolated, that is, a powerful signal from the generator does not directly enter the receiver of the reflected signal, but only after reflection from the target. The foregoing is true so far only a wave of the main type H 11 propagates in the waveguide. When conditions arise in the waveguide for the propagation of one or more higher types of waves, the distribution pattern of the fields in the waveguide changes dramatically, the device becomes inoperative.
Теоретически одноволновый режим работы любого волновода лежит между критической длиной волны основного типа λкр.0 и критической длиной волны ближайшего высшего типа λкр.1.Theoretically, the single-wave mode of operation of any waveguide lies between the critical wavelength of the main type λ cr 0 and the critical wavelength of the nearest higher type λ cr 1 .
На практике вблизи критических волн работать нельзя из-за резкого ухудшения характеристик любых волноводных устройств и рабочий диапазон лежит в пределах:In practice, it is impossible to work near critical waves due to a sharp deterioration in the characteristics of any waveguide devices and the operating range lies within:
для круглого волновода λкр.0=1,706d (где d - диаметр волновода), а λкр.1=1,3 06d и исходя из критерия (1) рабочий диапазон круглого волновода ограничен одной точкой λ=1,37d, что существенно ограничивает допустимую девиацию частоты и в конечном счете увеличивает погрешность измерения уровня.for a circular waveguide, λcr 0 = 1.706d (where d is the diameter of the waveguide), and λcr.1 = 1.3 06d and based on criterion (1), the working range of the circular waveguide is limited to one point λ = 1.37d, which is significant limits the permissible frequency deviation and ultimately increases the level measurement error.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения уровня за счет увеличения широкополосности волноводного тракта.The objective of the invention is to reduce the error of level measurement by increasing the broadband waveguide path.
Технический результат достигается тем, что в радиоволновом измерителе уровня жидкости, содержащем сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор с линейной частотной модуляцией, приемник отраженного сигнала, антенно-фидерный тракт, состоящий из коаксиально-волноводного перехода, образованного короткозамкнутым с одной стороны отрезком волновода и двумя коаксиальными зондами, оси которых расположены перпендикулярно друг другу и к оси волновода, преобразователя линейной поляризации в круговую, а также антенны излучения и приема отраженного сигнала, в отличие от известного, волновод коаксиально-волноводного перехода выполнен крестообразного сечения с отношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками к расстоянию между наиболее удаленными противоположными стенками, лежащим в пределах 0,6÷0,7.The technical result is achieved by the fact that in a radio wave liquid level meter containing a microwave frequency generator with linear frequency modulation, a reflected signal receiver, an antenna-feeder path, consisting of a coaxial-waveguide junction formed by a short-circuited segment of the waveguide and two coaxial probes whose axes are perpendicular to each other and to the axis of the waveguide, the linear to circular polarization transducer, and also the radiation and reception antennas of the reflected signal ala, unlike the conventional waveguide coaxial-waveguide transition is made cruciform cross section with a ratio of the distance between opposite walls remote least to the distance between the outermost opposed walls lying in the range 0.6 ÷ 0.7.
Замена круглого волновода крестообразным с предлагаемым соотношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками α к расстоянию наиболее удаленным противоположными стенками L, лежащим в пределах 0,6÷0,7 позволяет увеличить широкополосность волнового тракта, что в свою очередь позволяет увеличить девиацию частоты и, соответственно, уменьшает погрешность измерения уровня.Replacing a circular waveguide with a cross-shaped one with the proposed ratio of the distance between the least distant opposite walls α to the distance with the most distant opposite walls L, lying in the range 0.6 ÷ 0.7, allows increasing the broadband of the wave path, which in turn allows increasing the frequency deviation and, accordingly, reduces the error of level measurement.
Суть изобретения поясняется фиг.1-4, на которых приведены:The essence of the invention is illustrated in figures 1-4, which show:
на фиг.1 - блок-схема заявляемого радиоволнового измерителя уровня жидкости;figure 1 is a block diagram of the inventive radio wave liquid level meter;
на фиг.2 - схема антенно-фидерного тракта;figure 2 - diagram of the antenna-feeder path;
на фиг.3 - сечение по стрелке А-А;figure 3 is a section along the arrow aa;
на фиг.4 - зависимость широкополосности волновода от отношения сторон.figure 4 - dependence of the broadband waveguide on the aspect ratio.
Радиоволновый измеритель уровня жидкости содержит СВЧ генератор 1 с линейной частотной модуляцией, антенно-фидерный тракт, состоящий из коаксиально-волноводного перехода 2, образованного короткозамкнутым с одной стороны отрезком волновода и двумя коаксиальными зондами 3, 4, оси которых расположены перпендикулярно друг другу и к оси волновода, преобразователь линейной поляризации в круговую 5, антенну 6 излучения и приема отраженного сигнала, а также приемник отраженного сигнала 7.The radio wave liquid level meter contains a
В отличие от известного в предлагаемом радиоволновом измерителе уровня жидкости волновод коаксиально-волноводного перехода выполнен крестообразного сечения с отношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками к расстоянию наиболее удаленным противоположными стенками, лежащим в пределах 0,6÷0,7.In contrast to the known in the proposed radio wave liquid level meter, the coaxial waveguide transition waveguide is made in cross-section with the ratio of the distance between the least distant opposite walls to the distance of the most distant opposite walls, lying within 0.6 ÷ 0.7.
СВЧ генератор 1 является источником СВЧ колебаний, частота которых изменяется по линейному закону, и может быть выполнен на микросхемах HMC385LP4 Hittite Microwave Corp. Коаксиально-волноводный переход 2 состоит из отрезка волновода крестообразного сечения и двух зондов 3 и 4, ориентированных перпендикулярно друг другу и к оси волновода.
При подаче сигнала СВЧ генератора 1 на один из зондов 3 в волноводе возбуждаются колебания с вертикальной поляризацией, которые не возбуждают другой зонд 4 в силу ортогональности. Линейно-поляризованный сигнал поступает на поляризатор 5, на выходе которого получаем волну с круговой поляризацией, излучаемую антенной 6 в пространство, например, в емкость, частично заполненную веществом.When a
Сигнал круговой поляризации, отраженный от границы раздела "воздух-жидкость", поступает в ту же антенну 6, затем на преобразователь линейной поляризации в круговую 5, где преобразовывается в волну линейно-поляризованную, но уже в горизонтальной плоскости, поэтому отраженный сигнал возбуждает зонд СВЧ генератора.The circular polarization signal reflected from the air-liquid interface enters the
В приемнике отраженного сигнала 7, который может быть выполнен на микросхемах HMC220MS8 Hittite Microwave Corp, сигнал смешивается с частью сигнала СВЧ генератора 1 и в смесителе приемника отраженного сигнала 7 выделяется разностная частота, пропорциональная времени задержки, пропорциональная времени задержки отраженного сигнала и несущая информацию об измеряемом уровне жидкости. Погрешность измерения существенно зависит от девиации частоты, то есть от широкополосности антенно-фидерного тракта, в особенности от коаксиально-волноводного перехода, который может в принципе возбудить волны высших типов, если размеры волновода допускают их распространение.In the receiver of the reflected signal 7, which can be performed on the HMC220MS8 Hittite Microwave Corp microcircuit, the signal is mixed with a part of the signal of the
Выбором определенного соотношения размеров волновода может быть обеспечен одноволновый режим работы в достаточно широкой полосе частот. На фиг.4 приведен график зависимости коэффициента перекрытия q=λкр.0/λкр.1, характеризующего широкополосность волновода от отношения его размеров, из которого видно, что предлагаемая замена круглого волновода крестообразным с соотношением сторон α/L в пределах 0,6÷0,7 дает коэффициент перекрытия q 1,56. Для рабочего диапазона волн с учетом ограничения (1) коэффициент перекрытия qраб 1,19, т.е. возможна работа в полосе 19%, что позволяет обеспечить малую погрешность.The choice of a certain ratio of waveguide sizes can provide a single-wave mode of operation in a fairly wide frequency band. Figure 4 shows a graph of the dependence of the overlap coefficient q = λ cr 0 / λ cr 1 , characterizing the broadband waveguide on the ratio of its sizes, which shows that the proposed replacement of a circular waveguide cross-shaped with an aspect ratio of α / L within 0.6 ÷ 0.7 gives an overlap coefficient q of 1.56. For the working wave range, taking into account the constraint (1), the overlap coefficient q slave 1.19, i.e. operation in the 19% band is possible, which allows for a small error.
ЛитератураLiterature
1. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Савлуков "Радиоволновые измерения параметров технологических процессов". - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.99.1. V.A. Viktorov, B.V. Lunkin, A.S. Savlukov "Radio wave measurements of technological process parameters". - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 99.
2. Саусворт. "Принципы и применения волноводной передачи". "Сов.радио", 1955, cc. 362, 363.2. Southworth. "Principles and applications of waveguide transmission." Sov.radio, 1955, cc. 362, 363.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) | 2005-02-09 | 2005-02-09 | Radiowave level meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) | 2005-02-09 | 2005-02-09 | Radiowave level meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2276334C1 true RU2276334C1 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=36657210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) | 2005-02-09 | 2005-02-09 | Radiowave level meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2276334C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9046404B2 (en) | 2010-12-16 | 2015-06-02 | Vega Grieshaber Kg | Measuring apparatus, control apparatus and measuring device for fill-level measuring |
RU2652261C2 (en) * | 2013-03-12 | 2018-04-27 | Роузмаунт Танк Радар Аб | Radar level gauging with signal division |
RU201679U1 (en) * | 2020-08-12 | 2020-12-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND CONTROL BY RADIO WAVE METHOD OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS |
-
2005
- 2005-02-09 RU RU2005103147/28A patent/RU2276334C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Саусворт Дж. К. "Принципы и применение волноводной передачи", "Сов. радио", 1955, стр.362, 363. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9046404B2 (en) | 2010-12-16 | 2015-06-02 | Vega Grieshaber Kg | Measuring apparatus, control apparatus and measuring device for fill-level measuring |
RU2552573C2 (en) * | 2010-12-16 | 2015-06-10 | Фега Грисхабер Кг | Instrumentation device, control unit and instrument for filling level measurement |
RU2652261C2 (en) * | 2013-03-12 | 2018-04-27 | Роузмаунт Танк Радар Аб | Radar level gauging with signal division |
RU201679U1 (en) * | 2020-08-12 | 2020-12-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND CONTROL BY RADIO WAVE METHOD OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7068213B2 (en) | Level meter | |
CN103017866B (en) | Using the multifrequency pulse ripple radar levelmeter amount apart from approximation | |
EP3077777B1 (en) | Multi-mode pulsed radar providing automatic transmit pulse signal control | |
US9175700B2 (en) | Method and apparatus for detecting the position of a piston of a piston cylinder through the use of microwaves | |
US6759976B1 (en) | Method and apparatus for radar-based level gauging | |
JP2013510295A (en) | Digitally controlled UWB millimeter wave radar | |
CN104048729B (en) | The radar level gauge divided with signal | |
US9746366B2 (en) | Radar level gauging | |
RU2276334C1 (en) | Radiowave level meter | |
US10534077B2 (en) | Proximity sensor and method for measuring the distance from an object | |
RU2504739C1 (en) | Device for determining fluid level in container | |
CN104977311A (en) | Radar type microwave water measuring apparatus | |
Ayhan et al. | FMCW radar in oil-filled waveguides for range detection in hydraulic cylinders | |
US20130033393A1 (en) | System and Method for Suppressing Interference in Frequency-Modulated Radar Systems | |
US10801873B2 (en) | System and method for determining level and density distribution | |
CN100367011C (en) | Method and apparatus for radar-based level gauging | |
RU2528131C1 (en) | Contactless radiowave device to measure thickness of dielectric materials | |
RU2655746C1 (en) | Method of level measurement and radio range station with frequency modulation | |
RU2597666C1 (en) | Method of measuring mass flow rate of liquid media | |
JP3799524B2 (en) | Microwave nondestructive evaluation system | |
JP7290828B2 (en) | Measuring device and measuring method | |
CN215491512U (en) | Single antenna displacement measuring device | |
CN212228169U (en) | Radar level gauge of high frequency radar subassembly | |
RU2025669C1 (en) | Vibration meter | |
RU2629706C1 (en) | Method of measuring level of substance in capacity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070202 |